De elektromagnetische wereld is niet langer wederkerig

Het onderzoek is gpubliceerd in Physical Review Letters.

Als we door een raam kijken en onze buurman op straat zien, kan de buurman ons ook zien. Dit wordt wederkerigheid genoemd en is het meest voorkomende fysische fenomeen in de natuur.

Elektromagnetische signalen die zich voortplanten tussen twee bronnen worden altijd beheerst door de wederkerigheidswet: als het signaal van bron A kan worden ontvangen door bron B, dan kan het signaal van bron B ook worden ontvangen door bron A met hetzelfde rendement.

De onderzoekers van Aalto, Stanford en de EPFL hebben aangetoond dat de wederkerigheidswet kan worden overtreden als de eigenschap van het voortplantingsmedium tijdelijk verandert. Het voortplantingsmedium is hier een materiaal waarin licht en elektromagnetische golven overleven en zich voortplanten van het ene punt naar het andere.

Het team heeft theoretisch aangetoond dat, als het medium wordt gevormd tot een asymmetrische structuur en de fysieke eigenschappen ervan wereldwijd in de tijd variëren, het signaal dat wordt gegenereerd door bron A kan worden ontvangen door bron B, maar niet andersom.

Laser en communicatie

"Dit is een belangrijke mijlpaal in zowel de natuurkunde als de technische wereld. We hebben eenrichtingslichttransmissie nodig voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals het stabiliseren van laserwerking of het ontwerpen van toekomstige communicatiesystemen, zoals full-duplex systemen met een grotere kanaalcapaciteit", zegt postdoc Xuchen Wang van de Aalto University.

Voorheen vereiste het creëren van een niet-wederkerig effect een voorspanning van externe magneten, waardoor apparaten omvangrijk werden, temperatuurinstabiel, en soms incompatibel met andere componenten. De nieuwe bevindingen bieden de eenvoudigste en meest compacte manier om elektromagnetische wederkerigheid te doorbreken, zonder de noodzaak van omvangrijke en zware magneten.

Versterking

"Dit stelt ons in staat om eenvoudige en compacte materiaalplatforms te ontwerpen die in staat zijn tot eenrichtingslichttransmissie. En zelfs versterking", zegt Xuchen.